徐玉睿 羅青山

（防災科技學院，三河 065201）

注塑產(chǎn)品憑借著投資少、收益高的特有優(yōu)點得到了越來越多的行業(yè)的追捧。特別是近年來汽車、電子產(chǎn)品、食品、醫(yī)藥以及建筑等產(chǎn)業(yè)對注塑產(chǎn)品日益增長的需求，更是促進了注塑成型技術水平的提高[1]。目前，80%的工程塑料業(yè)中都采用了注射成型工藝[2]。隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，塑料在汽車中的應用不斷增多。目前，工業(yè)發(fā)達國家汽車塑料的用量占塑料總消費量的8%～10%。從現(xiàn)代汽車使用的材料來看，無論是外裝飾件、內(nèi)裝飾件，還是功能與結構件，都可以看到塑料制作的影子。外裝飾件的應用特點是以塑代鋼，從而減輕汽車自重。其主要部件有保險杠、擋泥板、車輪罩及導流板等。內(nèi)裝飾件的主要部件有儀表板、車門內(nèi)板、副儀表板、雜物箱蓋、座椅和后護板等。功能與結構件主要包括油箱、散熱器水室、空氣過濾器罩及風扇葉等。注塑件的外觀品質往往受到注塑材料、成型模具、注塑成型機、輔助設備及成型環(huán)境等多種因素的影響，從而在使用過程中出現(xiàn)各種各樣的問題[3]，如缺料、縮水、熔接線、氣泡和銀紋等。對于外觀品質要求比較嚴格的產(chǎn)品來說，這些不良缺陷都可能會使注塑產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)問題，從而給生產(chǎn)帶來極大的浪費，既影響了生產(chǎn)效率，也增加了產(chǎn)品的成本，因此必須要進行改善。本文主要針對汽車保險杠表面出現(xiàn)銀紋缺陷的原因進行了分析與探討，通過實際生產(chǎn)中的實驗總結了背壓及前射退兩個工藝參數(shù)對對銀紋的調(diào)節(jié)作用，并提出了具體的解決方案。

1 銀紋產(chǎn)生的原因

1.1 銀紋的定義

銀紋是指成型品表面出現(xiàn)氣體的一種銀絲斑紋現(xiàn)象。在熔膠充模時，波前峰會析出揮發(fā)性氣體，這些氣體會因無法從模具排出而在成型品表面出現(xiàn)一種不良現(xiàn)象[4]。當模內(nèi)壓力足夠大且氣體含量沒有超過一定的限度時，氣體會以分散的狀況溶解到塑料中；但當模內(nèi)壓力不夠大而氣體含量又超過一定的限度時，這些氣體便會從熔融塑料中釋放出來，到達制品表面形成銀紋。氣體的成份包括水汽、分解氣、空氣以及溶劑氣，其中以水汽、空氣和分解氣較為多見。這些氣體往往是由于物料或物料中的添加劑在高溫條件下長時間受熱發(fā)生降解而產(chǎn)生的降解氣，或原料中含有水分，而空氣則是PP顆粒微孔中儲留的空氣或計量時卷入空氣造成的。

1.2 與模具相關的原因

在制作產(chǎn)品的過程中，銀紋產(chǎn)生與模具相關的原因如下。第一，澆口設計過小，高速注射時澆口與熔料產(chǎn)生較高剪切熱導致材料高溫分解，從而產(chǎn)生較多分解氣體，產(chǎn)生銀紋。第二，澆口處熱流道溫度過高造成材料高溫分解，在注射過程將分解氣帶入產(chǎn)品。第三，模具排氣不良，由于模具會被快速填充，模具內(nèi)的氣體必須排出。多數(shù)情況下模具內(nèi)的氣體包括模腔內(nèi)存有的空氣和材料中含有的水汽、降解氣及儲料過程中卷入的空氣。若這些氣體無法排出，產(chǎn)品上就會出現(xiàn)氣泡、銀紋等問題。因此，模具分型面不可缺少必要的排氣孔道，且排氣位置須設于夾水紋及最終注塑部份附近。一般情況下，排氣位寬為6～13 mm，深為0.01～0.03 mm的槽，通常設于其中一個半模的分模面處。當排氣孔道不足、堵塞、位置不佳或沒有頂針之類的加工縫隙排氣時，都會造成型腔中的空氣不能及時排出。

1.3 與材料相關的原因

（1）材料本身不能受較高的溫度、較長的受熱時間或較大的剪切力作用，特別是當含有微量雜質或微量水分時，可能發(fā)生催化裂化反應。這類材料一般可考慮加入一定量的潤滑劑以盡量降低其分解的可能性。一般材料加熱后分解質量不能大于2%。

（2）若PP顆粒微孔中儲留的空氣量大，再生料的料粒結構疏松，微孔中貯留有空氣，在料筒加熱融化時容易夾帶空氣。同時，原料中加入回收料會使粒徑相差太大而夾帶空氣，因此回收料與新料的比例不能過高，應小于20%。

（3）塑料含水率高，干燥不充分。若聚合物含濕量超過允許限度，制品就會出現(xiàn)剝離、銀紋等不良現(xiàn)象。經(jīng)驗證明，不同類型的聚合物所允許的吸濕量也不同，因此生產(chǎn)前需要對材料進行預干燥，此時不同材料的烘料溫度及時間要求也不同。

1.4 工藝及設備相關的原因

（1）料筒溫度過高或加熱失調(diào)，造成材料高溫分解[5]。根據(jù)聚合物在料筒內(nèi)的塑化機理，聚合物要分3段加熱：第1段是固體輸送段，位于靠近料口處，溫度不宜過高，接近料斗的溫度設定應比計算溶膠溫度低40～50 ℃，否則會使一部分塑料過早熔融而充滿螺槽，從而造成空氣無法從加料口排出；第2段是壓縮段，此時物料處于壓縮狀態(tài)并逐漸熔融，溫度設定要比第一段高出20～25 ℃；第3段是計量段，此時物料完全熔融，預塑開始時這一段相應于螺桿計量段，需要在預塑終止后形成計量時儲存塑化好的物料。

（2）注射壓力、背壓過低、保壓壓力（時間）不足，使熔料與型腔表面充填不密貼。

（3）注射速度設定不合理。例如：注射速度太快，使熔融塑料受到的剪切作用過大而分解，從而產(chǎn)生分解氣；注射速度太慢，導致熔料不能及時充滿型腔而造成制品表面密度不足，從而產(chǎn)生銀紋。因此，注射過程應該采用分段進行，采用低/低/高/低的充填速度。

（4）料量不足、加料緩沖墊過大、料溫太低或模溫太低都會影響熔料的流動和成型壓力，產(chǎn)生銀紋。

2 實驗內(nèi)容

2.1 設備及原料

本次實驗的原料采用改性聚丙烯TD15（金發(fā)科技提供），其熔融指數(shù)為2 g·min-1，注塑設備采用3 300 T注塑成型機。

2.2 產(chǎn)品產(chǎn)生不良的現(xiàn)象及現(xiàn)狀

圖1為產(chǎn)品產(chǎn)生銀紋的現(xiàn)象，其中圖1（a）為產(chǎn)品存在銀紋的位置，圖1（b）為銀紋放大的正面圖。從圖1中可以看出銀紋的微小裂紋從表面一直貫穿至產(chǎn)品背面，此不良率在每天的生產(chǎn)中達到了25%。

圖1 注塑銀紋缺陷

2.3 背壓對銀紋的影響

當螺桿快速轉動時，熔融狀態(tài)的塑化塑料會被向前推進，經(jīng)過止流閥到達螺桿的前端。由于熔料不斷地被推向前端，會產(chǎn)生一定的壓力，并作用于螺桿使其后退。為了防止螺桿后退過快，需要對螺桿施加一個反方向的壓力，這個反方向阻止螺桿后退的壓力即為背壓。背壓可以將熔料內(nèi)的氣體“擠出”，從而減少制品表面的氣花、內(nèi)部氣泡，提高其光澤均勻性。

實驗內(nèi)容為：保持其他工藝參數(shù)不變，依次增加背壓的壓強為7 MPa、9 MPa、11 MPa、12 MPa，每個條件生產(chǎn)550模次，記錄出現(xiàn)銀紋的模數(shù)。實驗結果如表1所示。

表1 改變背壓實驗結果

從實驗結果可以看出，當背壓由7 MPa加大至11 MPa時，產(chǎn)品銀紋的不良率下降，當增至12 MPa時產(chǎn)品銀紋的不良率再次升高。實驗資料表明，螺桿背壓對熔體的溫度有密切關系。不良率升高的原因可能是過高的背壓使系統(tǒng)壓強加大，造成螺桿在旋轉的過程中受阻力增大，從而增加了螺桿與原料的剪切作用，使料溫升高而造成原料降解產(chǎn)生降解氣，導致銀紋不良率再次升高。研究資料表明，在一定的工藝條件下，溫度會隨背壓增加而提高。在實際生產(chǎn)中，過高的背壓會增加機料段螺槽熔體的反流和漏流，從而降低熔體的輸送能力，減少塑化量，增加功率消耗，影響生產(chǎn)效率。

2.4 前射退對銀紋不良率的影響

在螺桿注射保壓完成后，為減少料頭部分的內(nèi)應力，防止料頭粘模而使螺桿向后退一段距離，這段距離稱為前射退。

實驗內(nèi)容為：保持其他工藝參數(shù)不改變，依次更改前射退的位置為20 mm、10 mm、5 mm，每個條件生產(chǎn)550模次，記錄出現(xiàn)銀紋的模數(shù)。實驗結果如表2所示。

表2 改變前射退實驗結果

從實驗結果可以看出，前射退位置減少可以有效降低銀紋的不良率，原因為前射退過大會造成大量空氣進入，從而使產(chǎn)品產(chǎn)生銀紋，因此在保證料頭不粘模的前提下，前射退位置可以盡量減少。相比于背壓對銀紋產(chǎn)生的影響，前射退對銀紋的影響更大。

2.5 背壓與前射退正交試驗

根據(jù)上述所做的實驗，分別改變背壓和前射退參數(shù)做正交試驗，以尋找最優(yōu)參數(shù)組合。每次實驗各生產(chǎn)550模次。實驗結果如表3所示。可以看出，當背壓為11 MPa、前射退為 5 mm時，不良率最低為1%。

表3 背壓和前射退正交試驗結果

3 結語

工藝參數(shù)背壓和前射退對銀紋缺陷的調(diào)節(jié)作用比較大。隨著背壓的增加銀紋不良的模次隨之減少，當背壓增至12 MPa后銀紋不良反而增加。前射退的位置越小銀紋不良的模次越少，當前射退位置為5 mm時，銀紋不良最低，但當前射退位置為3 mm時會出現(xiàn)料頭粘模的現(xiàn)象。從背壓和前射退正交試驗來看，實際生產(chǎn)中當背壓為11 MPa、前射退為5 mm時，對生產(chǎn)中出現(xiàn)銀紋不良缺陷的調(diào)節(jié)是最有效的，此時不良率最低為1%。